(57)【要約】【課題】  チャンバ内での溶質成分の析出を抑えつつ、ウエーハ面内での平坦性が良好な塗布膜を形成することができる塗布膜の形成方法、ベーク装置及び塗布膜の形成装置を提供する。【解決手段】  ポリイミドが塗布されたウエーハＷを加熱し当該ポリイミド中の溶媒成分を蒸発させることによって、該ウエーハＷ上に所定のポリイミド膜を形成する方法であって、ポリイミドが塗布されたウエーハＷをベーク装置５０のチャンバ５７内に入れチャンバ５７内の天板部５５にウエーハＷのポリイミドが塗布された面を対向させ、かつチャンバ５７内を排気した状態で、当該ウエーハＷを加熱する。この加熱工程では、ウエーハＷ上に塗布されたポリイミドの塗布量及びその種類に基づいて、チャンバ５７内の排気圧力と、天板部５５とウエーハＷとの間のクリアランスとをそれぞれ選択する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の溶液が塗布された基板を加熱し当該溶液中の溶媒成分を蒸発させることによって、該基板上に所定の塗布膜を形成する方法であって、
前記溶液が塗布された前記基板をベーク装置のチャンバ内に入れる工程と、
前記チャンバ内の天井部分に前記基板の前記溶液が塗布された面を対向させ、かつ前記チャンバ内を排気した状態で、当該基板を加熱する工程と、を含み、
前記基板を加熱する工程では、
前記基板上に塗布された前記溶液の塗布量及びその種類に基づいて、前記チャンバ内の排気圧力と、前記天井部分と前記基板との間の離間距離と、をそれぞれ選択することを特徴とする塗布膜の形成方法。
【請求項２】
前記基板を加熱する工程では、
前記基板上に塗布された前記溶液の塗布量が多いほど、前記排気圧力の選択値及び前記離間距離の選択値がそれぞれ大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の塗布膜の形成方法。
【請求項３】
所定の溶液が塗布された基板を加熱し当該溶液中の溶媒成分を蒸発させることによって、該基板上に所定の塗布膜を形成するベーク装置であって、
前記溶液が塗布された前記基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内の天井部分に前記基板の前記溶液が塗布された面を対向させた状態で当該基板を該チャンバ内で支持する支持手段と、
前記支持手段によって支持された前記基板と前記天井部分との間の離間距離を調整する調整手段と、
前記チャンバ内を排気する排気手段と、
前記支持手段によって支持されている前記基板を前記排気手段によって排気されている前記チャンバ内で加熱する加熱手段と、
前記基板上に塗布された前記溶液の塗布量及びその種類に基づいて、前記排気手段と前記調整手段とをそれぞれ制御する制御手段と、を有することを特徴とするベーク装置。
【請求項４】
基板上に所定の溶液を塗布する塗布装置と、
前記塗布装置によって前記溶液が塗布された前記基板を加熱し当該溶液中の溶媒成分を蒸発させることによって、該基板上に所定の塗布膜を形成するベーク装置と、を備え、
前記ベーク装置は、
前記溶液が塗布された前記基板を収容するチャンバと、
前記チャンバ内の天井部分に前記基板の前記溶液が塗布された面を対向させた状態で当該基板を該チャンバ内で支持する支持手段と、
前記支持手段によって支持された前記基板と前記天井部分との間の離間距離を調整する調整手段と、
前記チャンバ内を排気する排気手段と、
前記支持手段によって支持されている前記基板を前記排気手段によって排気されている前記チャンバ内で加熱する加熱手段と、
前記基板上に塗布された前記溶液の塗布量及びその種類に基づいて、前記排気手段と前記調整手段とをそれぞれ制御する制御手段と、を有することを特徴とする塗布膜の形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗布膜の形成方法、ベーク装置及び塗布膜の形成装置に関し、特に、チャンバ内での溶質成分の析出を抑えつつ、ウエーハ面内での平坦性が良好な塗布膜を形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置の一製造工程である、レジスト塗布工程やポリイミド塗布工程では、レジストやポリイミド中の溶媒成分を除去する目的で、その塗布後にベーク処理を行っている（例えば、特許文献１参照。）。
図８は、従来例に係るベーク装置９０の構成を示す概念図である。図８に示すように、このベーク装置９０は、ステージ９１と、このステージ９１上に設置されたホットプレート９３と、このホットプレート９３の真上方向に配置された天板部９５と、この天板部９５を内側で支持すると共にホットプレート９３を上方及び側面から覆うチャンバ９７と、を含んだ構成となっている。
【０００３】
ウエーハＷ´上にレジスト又はポリイミドを塗布した後のベーク工程では、この塗布後のウエーハＷ´がホットプレート９３上に配置される。そして、ステージ９１が上がり、図８の破線矢印で示すように、天板部９５から円周状に排気がとられているチャンバ９７内（非密閉状態）でベーク処理が行われる。このベーク処理時のウエーハＷ´と天板部９５との間のクリアランスは、使用するベーク装置９０の種類によって異なるが、図８に示したベーク装置９０では例えば１〜２［ｃｍ］程度である。
【０００４】
また、このようなレジスト又はポリイミドの塗布後のベーク処理は、露光処理前に行うベーク処理の意味から、「プリベーク」とも呼ばれている。
【特許文献１】特開２０００−１７３８８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、図８に示したベーク装置９０を用いて、４０［μｍ］以上の厚膜ポリイミドのベーク処理を行う場合、塗布する溶液の量が多く、プリベークの際に大量の溶剤（以下、「溶媒成分」ともいう。）が揮発する。従って、天板部９５で冷えて析出した液状の溶剤（以下、「溶質成分」ともいう。）がウエーハＷ´上に滴下し、このウエーハＷ´に形成される製品、即ち、ＩＣチップに不具合を生じさせる。
【０００６】
このような不具合の対策として、飽和水蒸気量に達しない溶剤の濃度を保つように、チャンバ９７内の排気量を大きくすることが考えられる。しかしながら、この場合には、排気によりチャンバ９７内には意図しない気流が発生し、プリベーク後のポリイミド膜に波状の凹凸ができてしまうので、ウエーハＷ´面内で満足できるレベルの膜厚均一性（即ち、平坦性）を得ることができない、という問題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、チャンバ内での溶質成分の析出を抑えつつ、ウエーハ面内での平坦性が良好な塗布膜を形成することができる塗布膜の形成方法、ベーク装置及び塗布膜の形成装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
〔発明１〕  上記目的を達成するために、発明１の塗布膜の形成方法は、所定の溶液が塗布された基板を加熱し当該溶液中の溶媒成分を蒸発させることによって、該基板上に所定の塗布膜を形成する方法であって、前記溶液が塗布された前記基板をベーク装置のチャンバ内に入れる工程と、前記チャンバ内の天井部分に前記基板の前記溶液が塗布された面を対向させ、かつ前記チャンバ内を排気した状態で、当該基板を加熱する工程と、を含み、前記基板を加熱する工程では、前記基板上に塗布された前記溶液の塗布量及びその種類に基づいて、前記チャンバ内の排気圧力と、前記天井部分と前記基板との間の離間距離と、をそれぞれ選択することを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、チャンバ内の排気圧力とは、チャンバ内を排気する圧力のことである。排気圧力が大きいほどチャンバ内を強く排気するので、チャンバ内の気圧（気体の圧力）は低くなる。
このような構成であれば、例えば、基板上に塗布された溶液の塗布量が多いほど、排気圧力の選択値を大きくし、離間距離の選択値を大きくすることができる。
【００１０】
また、このように溶液の塗布量が多いほど、排気圧力の選択値と、離間距離の選択値とをそれぞれ大きくすることで、チャンバ内での溶質成分の析出を抑えることができると共に、チャンバ内での意図しない気流の発生を防ぐことができ、ウエーハ面内での平坦性が良好な塗布膜を形成することが可能である。
【００１１】
〔発明２〕  発明２の塗布膜の形成方法は、発明１の塗布膜の形成方法において、前記基板を加熱する工程では、前記基板上に塗布された前記溶液の塗布量が多いほど、前記排気圧力の選択値及び前記離間距離の選択値がそれぞれ大きくなるように設定されていることを特徴とするものである。
【００１２】
このような構成であれば、チャンバ内での溶質成分の析出を抑えることができる。また、チャンバ内での意図しない気流の発生を防ぐことができ、ウエーハ面内での平坦性が良好な塗布膜を形成することが可能である。
【００１３】
〔発明３，４〕  発明３のベーク装置は、所定の溶液が塗布された基板を加熱し当該溶液中の溶媒成分を蒸発させることによって、該基板上に所定の塗布膜を形成するベーク装置であって、前記溶液が塗布された前記基板を収容するチャンバと、前記チャンバ内の天井部分に前記基板の前記溶液が塗布された面を対向させた状態で当該基板を該チャンバ内で支持する支持手段と、前記支持手段によって支持された前記基板と前記天井部分との間の離間距離を調整する調整手段と、前記チャンバ内を排気する排気手段と、前記支持手段によって支持されている前記基板を前記排気手段によって排気されている前記チャンバ内で加熱する加熱手段と、前記基板上に塗布された前記溶液の塗布量及びその種類に基づいて、前記排気手段と前記調整手段とをそれぞれ制御する制御手段と、を有することを特徴とするものである。
【００１４】
発明４の塗布膜の形成装置は、基板上に所定の溶液を塗布する塗布装置と、前記塗布装置によって前記溶液が塗布された前記基板を加熱し当該溶液中の溶媒成分を蒸発させることによって、該基板上に所定の塗布膜を形成するベーク装置と、を備え、
前記ベーク装置は、前記溶液が塗布された前記基板を収容するチャンバと、前記チャンバ内の天井部分に前記基板の前記溶液が塗布された面を対向させた状態で当該基板を該チャンバ内で支持する支持手段と、前記支持手段によって支持された前記基板と前記天井部分との間の離間距離を調整する調整手段と、前記チャンバ内を排気する排気手段と、前記支持手段によって支持されている前記基板を前記排気手段によって排気されている前記チャンバ内で加熱する加熱手段と、前記基板上に塗布された前記溶液の塗布量及びその種類に基づいて、前記排気手段と前記調整手段とをそれぞれ制御する制御手段と、を有することを特徴とするものである。
【００１５】
発明３のベーク装置又は、発明４の塗布膜の形成装置によれば、例えば、基板を加熱する際に、この基板上に塗布された溶液の塗布量が多いほど、チャンバ内の排気圧力を大きくし、基板と天井部分との間の離間距離を大きくすることができる。従って、チャンバ内での溶質成分の析出を抑えることができる。また、チャンバ内での意図しない気流の発生を防ぐことができ、ウエーハ面内での平坦性が良好な塗布膜を形成することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る塗布膜の形成方法、ベーク装置及び塗布膜の形成装置について説明する。
（１）実施形態
図１は、本発明の実施の形態に係る塗布膜形成装置１００の構成例を示す概念図である。図１に示すように、この塗布膜形成装置１００は、スピンコータ１０と、ベーク装置５０と、スピンコータ１０からベーク装置５０へウエーハを搬送する搬送装置（図示せず）と、を含んだ構成となっている。
【００１７】
スピンコータ１０は、ウエーハＷの表面上に所定の溶液を滴下すると共に、このウエーハＷを回転させ、ウエーハＷの表面上に滴下した溶液を遠心力で拡散させることによって、このウエーハＷの表面上に溶液を均一な厚さに塗布する装置である。ここで、溶液とは、例えばレジスト又はポリイミド等であり、その塗布可能な厚さは例えば数千［Å］〜数十［μｍ］程度である。また、ベーク装置５０は、スピンコータ１０によってレジスト又はポリイミド等の溶液が塗布されたウエーハＷを加熱し、この溶液中の溶媒成分を蒸発させることによって、ウエーハＷ上に塗布膜を形成する装置である。
【００１８】
図２は、ベーク装置５０の構成例を示す概念図である。図２に示すように、このベーク装置５０は、ステージ５１と、このステージ５１上に設置されたホットプレート５３と、このホットプレート５３の真上方向に配置された天板部５５と、この天板部５５を内側で支持すると共にホットプレート５３を上方及び側面から覆うチャンバ５７と、このチャンバ５７を排気する排気ポンプ６０と、ステージ５１に対してチャンバ５７を昇降させる昇降機構７０と、図３に示す制御部８０と、を含んだ構成となっている。
【００１９】
ウエーハＷ上にレジスト又はポリイミド等の溶液を塗布した後のベーク工程では、この塗布後のウエーハＷがホットプレート５３上に配置される。そして、ステージ５１が上がり、図２の破線矢印で示すように、天板部５５から円周状に排気がとられているチャンバ５７内（非密閉状態）でベーク処理が行われる。このベーク処理時のウエーハＷと天板部５５との間のクリアランスは、図２の実線矢印で示すように、昇降機構７０がチャンバ５７を上昇、下降させることによって可変となっている。このベーク装置５０では、昇降機構７０によって、上記クリアランスを、例えば１〜数十［ｃｍ］程度の間に設定することが可能となっている。
【００２０】
図３は、ベーク装置５０が備える制御部８０の構成例を示すブロック図である。制御部８０は、入力情報に基づいて所定の演算処理を行い、その演算処理の結果に基づいて、昇降機構７０と排気ポンプ６０とをそれぞれ制御する機能を有するものであり、図３に示すように、演算処理部８１と、テーブル格納部８３と、入力端子８５ａ〜８５ｄ及び出力端子８７と、を含んだ構成となっている。
【００２１】
演算処理部８１は、例えばＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｕｎｉｔ）及びＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）等で構成されている。図３に示すように、この制御部８０では入力端子８５ａ〜８５ｃは演算処理部８１に繋がっており、これらの入力端子８５ａ〜８５ｃを通して外部から演算処理部８１に、ウエーハＷ上に塗布された溶液の厚さに関する情報と、ウエーハＷの径に関する情報と、塗布された溶液の種類に関する情報とがそれぞれ入力可能となっている。
【００２２】
また、テーブル格納部８３は、例えばハードディスク（ＨＤＤ）等の大容量記憶装置等で構成されている。このテーブル格納部８３には、上記離間距離とチャンバ５７内の排気圧力とを特定する複数種類のテーブルが格納されている。図３に示すように、演算処理部８１とテーブル格納部８３は、所定の信号線を介してデータを送受することが可能となっている。
【００２３】
図４は、テーブルの一例を示す概念図である。図４に示すように、このテーブルは、ウエーハＷ上に実際に塗布される溶液の種類（種類Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、・・・）毎に用意されている。これらの各テーブルは、ウエーハＷ上に実際に塗布される溶液の厚さＴと、ウエーハＷの径φとを選択する（即ち、これらの積から溶液の塗布量が特定される）ことによって、最適なクリアランスと最適な排気圧力とを知ることができるものである。ここで、「最適」とは、「チャンバ内での溶質成分の析出を抑えつつ、ウエーハ面内での平坦性が良好な塗布膜を形成するのに最も適した」の意味である。
【００２４】
これらのテーブルは、後述する（２）実験結果に基づいて、その溶液の種類（種類Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、・・・）毎に、溶液の厚さＴが大きいほど、またウエーハＷの径φが大きいほど、クリアランスの選択値と排気圧力の選択値とがそれぞれ大きくなるように設定されている。これらのテーブルは、例えば、入力端子８５ｄを通して外部からテーブル格納部８３にそれぞれ入力される。
【００２５】
次に、上述した塗布膜形成装置１００を用いて、ウエーハＷ上に塗布膜を形成する方法について説明する。ここでは、ウエーハＷ上に厚さ４０［μｍ］以上のポリイミド膜を形成する場合を想定する。
まず始めに、図１において、スピンコータ１０のステージ１１上にウエーハＷを載せる。次に、このウエーハＷの表面上にポリイミドを滴下すると共に、このウエーハＷを回転させて、ウエーハＷの表面上にポリイミドを均一な厚さに塗布する。次に、図示しない搬送装置を用いて、ウエーハＷをスピンコータ１０からベーク装置５０内に搬送し、ウエーハＷを図２に示したホットプレート５３上に載置する。
【００２６】
また、この搬送作業と並行して、或いは前後して、塗布膜形成装置１００の制御系又はロット管理システム等からベーク装置５０の制御部８０（図３参照。）に、ポリイミドの塗布厚に関する情報と、ウエーハＷの径に関する情報と、ポリイミドの種類に関する情報とが送信される。これらの情報は、図３に示した入力端子８５ａ〜８５ｃを通して演算処理部８１に送られる。そして、演算処理部８１は、ポリイミドの種類に関する情報に基づいて該当するテーブルをテーブル格納部８３から読み出す。
【００２７】
例えば、ポリイミドの種類が「種類Ａ」の場合には、図３に示した演算処理部８１は、図４に示した複数種類のテーブルの中から「種類Ａ」のテーブルを読み出す。次に、この読み出したテーブルに、ポリイミドの塗布厚に関する情報と、ウエーハＷの径に関する情報とを対応させて、最適な排気圧力（選択値）と、最適なクリアランス（選択値）とを取得する。
【００２８】
次に、制御部８０は、取得した排気圧力の選択値と、離間距離の選択値とをチャンバ５７内で実現するように、昇降機構７０と排気ポンプ６０とをそれぞれコントロールする。また、このようなコントロールを行っている間、ウエーハＷをホットプレート５３上で加熱して、ポリイミド中の溶媒成分を蒸発させる。そして、所定の時間が経過した後で、ウエーハＷをホットプレート５３上から持ち上げて、へーク装置から搬出する。これにより、ポリイミド膜の形成工程を終了する。
【００２９】
このように、本発明の実施の形態に係るポリイミド膜の形成方法によれば、制御部８０と昇降機構７０とを備えているので、ウエーハＷ上に塗布されたポリイミドの塗布量が多いほど、排気圧力の選択値を大きくし、クリアランスの選択値を大きくすることができる。また、このようにポリイミドの塗布量が多いほど、排気圧力の選択値と、クリアランスの選択値とをそれぞれ大きくすることで、チャンバ５７内での溶質成分の析出を抑えることができると共に、チャンバ内での意図しない気流の発生を防ぐことができ、ウエーハＷ面内での平坦性が良好なポリイミド膜を形成することが可能である。
【００３０】
この実施の形態では、レジスト又はポリイミド等が本発明の「所定の溶液」に対応し、レジスト膜又はポリイミド膜が本発明の「所定の塗布膜」に対応している。また、ウエーハＷが本発明の基板に対応し、天板部５５が本発明の「天井部分」に対応している。さらに、ウエーハＷと天板部５５との間のクリアランスが本発明の「天井部分と基板との間の離間距離」に対応している。
【００３１】
また、ステージ５１及びホットプレート５３が本発明の「支持手段」に対応し、昇降機構７０が本発明の「調整手段」に対応している。さらに、排気ポンプ６０が本発明の「排気手段」に対応し、ホットプレート５３が本発明の「加熱手段」に対応している。また、制御部８０が本発明の「制御手段」に対応し、スピンコータ１０が本発明の「塗布装置」に対応している。
【００３２】
（２）実験結果
ところで、本発明者が行った実験の結果では、図５に示すように、塗布した溶液の厚さが数千［Å］程度と小さいものについては、従来の条件I（即ち、天板部とウエーハＷとの間のクリアランス（離間距離）が小さく、かつ、チャンバ内の排気圧力が小さい条件）で処理した場合でも、天板部での溶剤の析出（溶質成分の析出）はなかった。しかしながら、４０［μｍ］以上の厚膜ポリイミドのベーク処理を行うと、この従来の条件では溶剤の析出があった。
【００３３】
この溶剤析出の対策として、飽和水蒸気量に達しない溶剤の濃度を保つように、チャンバ内の排気圧力を大きくした条件IIで処理と、溶剤の析出は見られなくなったものの、プリベーク後のポリイミド膜に波状の凹凸ができてしまった（図６（Ａ）及び（Ｂ）参照。）。
そこで、今回、本発明者は、従来の条件Ｉに対して、排気圧力とクリアランスとをそれぞれ大きくした条件IIIで、４０［μｍ］以上の厚膜ポリイミドのベーク処理を行ってみた。すると、溶剤の析出はなく、しかも、ポリイミド膜に波状の凹凸等も見られず、その平坦性は良好であった。
【００３４】
また、クリアランスについては、この処理条件よりもさらに大きくした場合も、小さくした場合も、プリベーク後のポリイミド膜にはクラウンができてしまった。ここで、クラウンとは、図７に示すように、ウエーハの中心部よりもその周辺部の方が厚く成膜された状態のことである。従って、４０［μｍ］以上の厚膜ポリイミドをプリベークする場合には、クリアランスに上限、下限を有する条件IIIが、最適な処理条件であることがわかった。
【００３５】
なお、条件ＩＩＩの具体的な排気圧力及びクリアランスは、レジスト又はポリイミド等溶液の種類や、塗布量、ベーク装置５０の機種等によってそれぞれ異なるが、本発明者が行った実験を模倣する（即ち、条件Iで排気圧力を大きくして条件IIを見出し、その後、条件IIでクリアランスを大きくしていく）ことで、溶液の種類及びその塗布量毎に、条件IIIをそれぞれ見出す。そして、見出した条件III（即ち、最適な排気圧力と、最適なクリアランス）をその塗布量（即ち、溶液の厚さと、ウエーハＷの径）に対応させてテーブル化することで、図４に示したようなテーブルを作成することが可能である。
【００３６】
なお、条件IIIは、ベーク装置の装置間で変動する可能性もあるので、図４に示したようなテーブルを作成する場合には、ベーク装置毎に条件IIIを見出してテーブルを作成することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施の形態に係る塗布膜形成装置１００の構成例を示す概念図。
【図２】ベーク装置５０の構成例を示す概念図。
【図３】制御部８０の構成例を示すブロック図。
【図４】テーブルの一例を示す概念図
【図５】従来の条件I及びIIと、本発明の条件IIIとの間での、排気圧力及びクリアランスの大小関係を示す図。
【図６】ポリイミド膜に形成された波状の凹凸を示す概念図。
【図７】クラウンを示す概念図。
【図８】従来例に係るベーク装置９０の構成を示す概念図。
【符号の説明】
【００３８】
１０  スピンコータ、１１  回転ステージ、５０  ベーク装置、５１  ステージ、５３  ホットプレート、５５  天板部、５７  チャンバ、６０  排気ポンプ、７０  昇降機構、８０  制御部、８１  演算処理部、８３  テーブル格納部、８５ａ〜８７ｄ  入力端子、８７  出力端子、１００  塗布膜形成装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006245035.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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